Wenn sich das Universum ausdehnt, werden die Wellenlängen von Photonen gedehnt und Energie geht verloren. Was ist mit Elektronen?

Werden Elektronen und andere Teilchen auf ihrer Reise durch den Kosmos ebenfalls Energie verlieren? Sie haben Wellenlängen. Werden sie „gedehnt“? Meine Vermutung ist, dass die EM-Kraft diesem Effekt irgendwie entgegenwirkt. Was ist mit Neutrinos?

Referenz gefunden: http://books.google.com/books?id=AmlEt6TJ6jAC&pg=PA96&lpg=PA96&dq=redshift+of+de+broglie+wavelength&source=bl&ots=oAW0q9bmaj&sig=nAwE-ohARZ3YTCZrHDBBjZ_IYfQ&hl=en&sa=X&ei=0lQDVJjtLMKEjAL60IQDVJjtLMKEjAL80IHQ =onepage&q=redshift%20of%20de%20broglie%20wavelength&f=false

Fragen Sie, ob sich die De-Broglie-Wellenlänge der Materie nach Rot verschiebt und die Materie effektiv an Masse oder Impuls verliert?
Daher habe ich das nie in Betracht gezogen. Ich verstehe nicht, warum es die De-Broglie-Wellenlänge nicht strecken würde, was die besondere Geschwindigkeit des Objekts verringern würde. Ich sah mich um, aber ich sah keine Erwähnung dieser Art von Effekt. Vielleicht weiß jemand auswendig, ob das ein Effekt ist. Es könnte eine interessante Idee sein, sie zu erkunden. Ich bezweifle, dass es viele Beobachtungsbeweise geben würde. Aber es könnte gut für ein lustiges Wochenende oder so sein.
Dazu muss man sich nicht auf die Quantenmechanik berufen. Dies ist eine rein klassische Tatsache der Allgemeinen Relativitätstheorie. Kosmologen sprechen im Allgemeinen davon, dass kosmologische Modelle eine Komponente aus „Staub“ haben, dh nicht-relativistische Materie, wobei ein Staubteilchen ein Objekt wie eine Galaxie oder ein Galaxienhaufen ist. Während der kosmologischen Expansion haben die Geschwindigkeiten von Staubpartikeln relativ zum Hubble-Fluss systematisch abgenommen. Das ist gut für uns – sonst würden wir inmitten von Galaxien leben, die mit relativistischer Geschwindigkeit kollidieren. Sie können die De-Broglie-Wellenlänge einer Galaxie berechnen, wenn Sie möchten.

Antworten (1)

Die Antwort ist ja. Die de Broglie-Wellenlängen frei propagierender Teilchen (dh vergiss den Einfluss von Wechselwirkungen und Gravitationsstörungen, betrachte einfach das Universum als Ganzes) werden durch die Expansion des Universums rotverschoben. Eine andere Art, dies auszudrücken, ist, dass ihre besonderen Impulse in Bezug auf ein sich mitbewegendes lokales Volumen als Kehrwert des Skalenfaktors abnehmen.

Neutrinos sind ein Beispiel für ein Teilchen mit einer Masse ungleich Null (vielleicht in der Größenordnung von 0,1 eV – siehe http://adsabs.harvard.edu/abs/2014PhRvL.112e1303B ). Sie koppeln sich nach etwa 1 Sekunde vom Rest des Universums ab und breiten sich frei aus. Die Ausdehnung reduziert dann ihre Impulse soweit, dass sie eine Temperatur haben sollten < 2 K im heutigen Universum typische kinetische Energien von 0,2 meV (siehe zB http://adsabs.harvard.edu/abs/2010PhRvD..82f2001K ) und vielleicht nur Geschwindigkeiten von (abhängig von ihrer tatsächlichen Masse). ∼ 10 3 − 10 4 km/s usw. sind nicht relativistisch .

Elektronen würden sich genauso verhalten, wenn man davon ausgehen könnte, dass sie nicht stark (oder vielmehr elektromagnetisch!) mit anderen Teilchen und Photonen wechselwirken. Ich glaube nicht, dass dies erfüllt werden kann, außer im sehr frühen Universum, und ein typisches freies, intergalaktisches Elektron im heutigen Universum hat eine Energie von ∼ 0,1 keV aufgrund von Erwärmung durch Strahlung von Sternen und Galaxien.

Irgendetwas scheint an dieser Antwort nicht zu stimmen. Ich lese es noch einmal und kann es nicht genau sagen, aber jedes Mal sage ich "OK, ja, hmmmm fühlt sich immer noch komisch an". Hast du ein paar Referenzen für all diese Nummern? Vielleicht wird diese Lektüre dieses Gefühl lindern. (nicht die 1s-Zahl, ich bin Kosmologe, also kenne ich mich mit Zahlen zur Entkopplung sehr gut aus)
Die 2K ist ein bekanntes Ergebnis, geht aber von masselosen Neutrinos aus. Wenn die Neutrinomasse > 1 meV ist, werden sie nicht-relativistisch. Ich denke, die aktuellen Schätzungen sind höher ( journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.051303 ). Wenn die Neutrinomasse tatsächlich in der Größenordnung von 0,1 eV liegt, at T ∼ 2 K Sie haben Geschwindigkeiten < 2 × 10 7 Frau.
Und wenn der Effekt nicht eingetreten wäre, hätten die Neutrinos nicht immer noch Energien von > 1 MeV und leicht nachweisbar sein?
@Jim: " Irgendetwas scheint an dieser Antwort falsch zu sein. Ich habe es noch einmal gelesen und kann es nicht sagen [...] " - ich glaube, dass ich mit Rob Jeffries etwas speziell " falsch " machen kann. Antwort: <br> Rob Jeffries: " Neutrinos sind ein Beispiel für ein Teilchen mit einer Masse ungleich Null. Sie entkoppeln sich nach etwa 1 Sekunde vom Rest des Universums und breiten sich frei aus. Die Expansion reduziert dann ihre Impulse [...] " -- Warum sollte ein Neutrino, dessen Impuls (Betrag) und/oder Geschwindigkeit im Laufe eines Versuchs abnimmt , als " frei propagierend" bezeichnet werden ??
@ user12262 Freie Ausbreitung in genau dem gleichen Sinne wie ein CMB-Photon sich frei ausbreitet und einen abnehmenden Impuls hat; unterliegen nur der Expansion des Universums und nicht anderen Wechselwirkungen.
@RobJeffries und user12262 nein, das war nicht das, was sich angefühlt hat. Die Antwort scheint richtig zu sein, ich kann nichts Falsches daran finden (nicht, dass ich nachgesehen hätte), ich denke, es sind keine Anfangsgeschwindigkeiten angegeben, und die Angabe der Endgeschwindigkeiten gibt also keine Informationen über den Impulsverlust
Oh, ich habe herausgefunden, was es war. Dass wir erwarten würden, einen nahezu isotropen Wert für die Größenordnung der Geschwindigkeit eines massiven Teilchens zu beobachten, das 1 s nach dem Ende der Inflation erzeugt wird. Das CMB ist sinnvoll, weil Photonen masselos sind, Neutrinos jedoch nicht, sodass ein isotropes Temperatur- und Geschwindigkeitsprofil für mich keinen Sinn ergibt. Ich sage nicht, dass es falsch ist, nur dass es sich komisch anfühlt und ich mich viel besser fühlen würde, nachdem ich etwas darüber gelesen hätte
Habe auch hier eine gute Erklärung gefunden: books.google.com/…
Rob Jeffries: „ Frei propagierend in genau demselben Sinne wie ein CMB-Photon sich frei ausbreitet und einen abnehmenden Impuls hat; es unterliegt nur der Expansion des Universums und nicht anderen Wechselwirkungen. “ – Nun, ja, das meinte ich mit „ Off-Sein": Versuch, eine Frage zu beantworten, indem man sich auf einen Begriff (hier " Freiheit ") beruft, dessen Beschreibung noch komplizierter erscheint als die Frage selbst. Natürlich: Bestimmte Versuche zur „Grundlegung von RT“, wie die von EPS , sind mindestens genauso „off“.
@yalis: " Habe auch hier eine gute Erklärung gefunden: ["Principles of Physical Cosmology", Phillip James, Edwin Peebles; §5: "The Expanding Universe"; S. 96] " -- Besonders wichtig scheint da die reelle Zahl " Verhältnis zwischen beobachteter und emittierter Wellenlänge ". Wie sollte der Wert eines solchen Verhältnisses in einem bestimmten Prozess zumindest im Prinzip bestimmt werden?
@ user12262 Die Idee eines nicht interagierenden Partikels erscheint mir recht einfach. Es hat eine einfache Wellenfunktion und eine Wellenlänge, und diese Wellenlänge wird durch die Expansion des Universums erhöht. Vielleicht sehe ich die Feinheiten einfach nicht. Jim Decoupling findet bei etwa statt k T = 2 MeV, also beträgt der Impulsverlust etwa 2 MeV/c. Warum sollte die Durchschnittsgeschwindigkeit anisotrop sein?
Eine andere Art, dies auszudrücken, ist, dass ihre besonderen Impulse in Bezug auf ein lokales Volumen als Kehrwert des Skalierungsfaktors abnehmen. Teilchen haben keine Geschwindigkeit relativ zu einem Raumbereich. Meinen Sie ihre Geschwindigkeit relativ zum Hubble-Fluss?
Die Expansion reduziert dann ihre Impulse so weit, dass sie im heutigen Universum Temperaturen <2K haben sollten und möglicherweise nur Geschwindigkeiten von (abhängig von ihrer tatsächlichen Masse) vielleicht ∼103−104 km/s haben und daher nicht relativistisch sind . Nein, wenn dem so wäre, könnten wir zB die Massen von Neutrinos bestimmen, indem wir Photonen aus der Neutrino-Antineutrino-Vernichtung detektieren. In Wirklichkeit sind alle kosmischen Neutrinos ultrarelativistisch. Das sagt uns, dass sie bei 2 K nicht im thermischen Gleichgewicht mit dem Rest des Universums sind.
Rob Jeffries: " Die Idee eines nicht-wechselwirkenden Teilchens scheint mir ziemlich einfach zu sein. " -- Anscheinend sollte es möglich sein, " nicht-wechselwirkendes Teilchen " von " wechselwirkendem Teilchen " zu unterscheiden; Dies erfordert eine weitere Definition (in hoffentlich noch einfacheren Begriffen). Allgemein: Begriffe der Dynamik würden in Bezug auf Begriffe der Geometrie/Kinematik definiert werden. " Es hat eine einfache Wellenfunktion und eine Wellenlänge und diese Wellenlänge wird durch die Expansion des Universums erhöht. " -- In Ordnung; Was ist also (wie man misst und vergleicht) " Wellenlänge " ? (Sollte zuerst gefragt werden.)
@Ben Crowell "Nein, wenn dies dann wahr wäre, könnten wir zB die Massen von Neutrinos bestimmen, indem wir Photonen aus der Neutrino-Antineutrino-Vernichtung nachweisen. In Wirklichkeit sind kosmische Neutrinos alle ultrarelativistisch." Bitte geben Sie eine Referenz an. Das widerspricht allem, was ich gelesen habe. Reliktneutrinos haben eine Fermi-Dirac-Verteilung, die durch eine Temperatur von 1,95 K gekennzeichnet ist. Sie haben typische Energien von 0,2 Milli-eV, wenn also ihre Massen diese überschreiten, sind sie nicht-relativistisch. adsabs.harvard.edu/abs/2010PhRvD..82f2001K
@ user12262 "erfordert eine weitere Definition (in hoffentlich noch einfacheren Begriffen). ". Wie wäre es mit - hat keine starke, schwache oder elektromagnetische Wechselwirkung erfahren, die seine Dynamik zwischen der Entkopplung und dem heutigen Tag signifikant verändert hätte.
@RobJeffries Ich habe nicht gesagt, dass es anisotrop sein würde , sehe nur keinen Grund dafür, dass es isotrop ist. Ich sage nicht, dass ich das für falsch halte, es fühlt sich für mich einfach falsch an. Aber du scheinst alle Hände voll zu tun zu haben mit ein paar Leuten, die denken, dass es falsch ist. Also komm damit klar und vielleicht verschwindet mein komisches Gefühl in der Zwischenzeit.
@Jim Ich bin kosmologisch nicht informiert, um viel über Isotropie zu streiten. Ich sehe keinen Grund, warum zunächst die C v B sollte nicht so isotrop sein wie der CMB. Als die v nicht-rel. sie werden anisotrop, wenn sie in Potentialmulden fallen. Dies wirkt sich auf die Strukturbildung aus und bietet einen Weg zur Bestimmung der Neutrinomasse. Zwei weitere ausgezeichnete Präsentationen und ein Papier, das ich mir angesehen habe, sind www-physics.lbl.gov/seminars/old/Petr_Vogel.pdf und darkuniverse.uni-hd.de/pub/Main/WinterSchool08Slides/… und adsabs.harvard.edu /abs/2014PhRvL.112e1303B
@ user12262 Das oben von yalis erwähnte Buch verwendet auch den Begriff "frei bewegliche Partikel" (S. 95). Wenn es für Peebles gut genug ist, reicht es für mich.
Der Begriff der "freien Ausbreitung" ist hier derselbe wie in der gewöhnlichen Mechanik oder Quantenmechanik: Er bedeutet, dass wir die auf das Teilchen wirkenden Kräfte vernachlässigen können. Überhaupt nichts Mysteriöses. Die Änderung des Skalierungsfaktors ist keine Kraft im herkömmlichen Sinne und stört das Verständnis des Begriffs in der üblichen Weise nicht.
@RobJeffries: Ups, sorry, ich habe mich in Bezug auf den kosmischen Neutrino-Hintergrund geirrt. Machte die -1 rückgängig.
@dmckee: " Der Begriff der "freien Ausbreitung" hier [...] Überhaupt nichts Mysteriöses. " -- Nun, soweit ich verstehe, werden in Untersuchungen wie "Charakterisierbarkeit von Free Motion in Special Relativity", U. Schelb, FP 30(6):867-892 (2000) ; und sie scheinen außerhalb von SR noch schwieriger zu sein. " Die Änderung des Skalierungsfaktors ist keine Kraft im herkömmlichen Sinne [...] " -- Um diese Behauptung zu beweisen, müssten Sie die Definitionen (wie zu messen) dieser beiden Größen im Detail betrachten.
Wenn sich das Universum ausdehnt, werden die Wellenlängen von Photonen gedehnt und Energie geht verloren. Was ist mit Elektronen?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v